JH36-400机械压力机机身部分及其上横梁加工工艺的设计

1 概述

1.1 绪论

    锻压生产在工业生产中占有重要的地位。采用锻压工艺生产工件具有效率高、所量好，重量轻和成本低的特点。所以，工业先进的国家愈来愈多地采用锻压工艺代替切削工艺和其他工艺。锻压机械在机床中所占的比重也愈来愈大。近年来，锻压机械的拥有量日本为34%，美国为32.4%。在锻压机械中。又以曲柄压力机最多，占一半以上。

    用曲柄压力机可以进行冲压、模锻等工艺，广泛用于汽车、农业机械、电器仪表、国防工业以及日用品等生产部门。随着工业的发展，曲柄压力机的品种和数量愈来愈多，质量要求愈来愈显著，压力愈来愈大。它在机械制造工业以及其他工业的锻压生产中的作用愈来愈显著。例如，在汽车 拖拉机工厂中，用热模锻压力机代替模锻锤生产模锻件已经成为一个发展的档势。日本已有四条热模锻压力机生产线，其中一条110000千牛热模锻压力机自动生产线是在1971年建成的，可以生产重达1400牛，长达1.3米的曲轴以及重达1000牛，长达2米的汽车前梁生产效率为60件/时。从拣料预热、剪切、锻造、检验到包装发送全部自动进行，全线仅用24人。比模锻锤的生产效率高得多，劳动条件大为改善。西德已经制造了五条120000千牛热模锻匠力机自动生产线，供应世界各国。又如，在日用品生产中，如果不采用高速冲压自动机，那么产品的成本与质量在国际市场上将失去竞争能力。因此大量制造和使用曲柄压力机，已经成为工业先进国家的发展方向之一。

    我国在解放以前，曲柄压力机的生产非常落后，只能制造一些手动冲床。解放以后，才有了飞速的发展，到目前为止，我们已经制造了80000千牛的热模锻压力机，40000千牛的双点压力机以及其他各种型号的压力机。但是，与工业先进的国家比较，我国的曲柄压力机制造业还很落后，主要表现在质量不高、数量不足。品种不全等几个方面特别是缺乏大型高效的设备。因此，必须大力发展曲柄压力机，以满足四个现代化的需要。

    曲柄压力机的类型很多，按照工艺用途分类如下：

1）板料冲压压力机

（1）通用压力机．用来进行冲裁、落料、弯曲、成形和浅拉廷等工艺。

（2）拉延压力机，用来进行拉延工艺。

（3）板冲高速自动机，适用于连续级进送料的自动冲压工艺。

（4）板冲多工位自动机，适用于连续传送工件的自动冲压工艺。

2）体积模锻压力机

（1）冷挤压机，用来进行冷挤压工艺。

（2）热模锻压力机，用来进行热模锻工艺。

（3）精压机，用来进行平面精压，体积精压和表面压印等工艺。

（4）平锻机，用来进行平锻工艺。

（5）冷墩自动机，用于制造如螺钉螺母等各种标准件。

（6）精锻机，用来精锻各种轴类工件。

3）剪切机

（1）板料剪切机，用于裁剪板料。

（2）棒料剪切机，用于截裁棒料。

1.2 曲柄压力机的工作原理与结构组成

    曲柄压力机是采用机械传动的锻压机器。通过传动系统把电动机的运动和能量传给工作机构，从而使坯料获得确定的变形，制版所需的工件。

    图1—1、图1—2分别是曲柄压力机的外形图和运动原理图。其工作原理如下：电动机通过三角皮带将运功传给大皮带轮1，从而通过齿轮2、3、4把运动传给偏心齿轮5，连扦6的上端套在偏心齿轮上，下端与滑块7用铰链连接，因此，就将齿轮的旋转运动变成滑块的往复运功。上模装在滑决上，下模装在工作台上。当材料放在上下模之间时，即能进行冲裁或其他变形工艺，制成工件。气垫18是用来顶出工件或在拉伸时作压边用。由于工艺操作的需要，滑块时而运动，时而停止，因此装有离合器5和制动器4。压力机在整个工作周期内进行工艺操作的时间很短，即有负荷的工作时间很短，大部分时间为无负荷的空程。为了使电机的负荷均匀，有效地利用能量，因而装有飞轮。大皮带轮即起飞轮作用。

图1-1 闭式压力机机身

图1-2 压力机传动原理图

    从上述的工作原理可以看出，曲柄压力机一般由下面几部分组成：

(1)工作机构  一般为曲柄滑块机构， 由曲轴、连杆和滑块等零件组成。

(2)传动系统  包括齿轮传动和皮带传动等机构。

(3)操纵系统  如离合器和制动器。

(4)能源系统  如电动机和飞轮。

(5)支承部件  如机身。

    除上述基本部分以外，还有多种辅助系统与附属装置，如润滑系统、保护装置以及气垫等。

    曲柄压力机的工作机构代表压力机的工作特征，其运动规律将影响压力机的工作性能，而其受力状况则是压力机强度和刚度设计的基础。压力机的传动系统将影响压力机的整体布置、外形尺寸、美观以及重量和成本。离合器和制动器是压力机能否正常稳定工作的关键，它们的正确设计与使用将会大大提高压力机的工作可靠性和寿命。压力机工作时，除需要其有足够的压力外，还需要具有足够的能量。电动机和飞轮的正确选用与合理设计是获得足够能量的基础，同时也给节约能量提供了途径。所有的部件和零件都支承在机身上，机身的合理设计将降低压力机的重量，提高压力机的刚度。压力机的辅助装置与系统将使压力机获得必要的辅助功能，使其安全运转，是提高压力机使用效率不可缺少的组成部分，其设计好坏在一定程度上标志着压力机的先进与否。

1.3 曲柄压力机的发展概况

    锻压生产已有悠久的历史，但是，采用锻压机械进行锻压生产却只有百余年的历史，十九世纪三十年代，世界上山现了第一台简易的平锻机和蒸汽锤。六十年代生产了一些冲压用的液压机。直到十九世纪末期，才出现相当规模的曲柄压力机和锻造用的液压机。二十世纪前期，由于汽车工业的兴起，曲柄压力机以及其他锻压设备得到了迅速发展。众所周知，由于采用现代化的锻压工艺生产工件具有效率高、质量好、能量省和成本低的特点。所以，工业先进的国家越来越多地采用锻压工艺代替切削工艺和其他工艺。锻压生产在工业生产中的地位越来越重要，锻压机械在机床中所占的比重也越来越大。近年来，锻压机械的拥有量日本为34％，美国为32．4％。在锻压机械中，又以曲柄压力机最多，占一半以上。用曲柄压力机可以进行冲压和模锻等工艺生产，它广泛用于汽车、农业机械、电器仪表、国防工业以及日用品等生产部门。随着工业的发展，曲柄压力机的品种和数量越来越多，质量要求越来越高，压力越来越大。它在机械制造工业以及其他工业的锻压生产中的作用越来越显著。例如，在汽车拖拉机工厂中，用热模锻压力机代替模锻锤生产模锻件已经成为一个发展趋势。日本已有数条热模锻压力机生产线，其少一条110000kN热模锻压力机生产线是在197l年建成的，可以生产重达140kg，长达1．3m的曲轴以及重达100kg，长达2m的汽车前梁，生产效率为每小时60件。．从装料、预热、剪切、锻造、检验到包装、发送全部自动进行。全线仅用24人，比模锻锤的生产效率高得多，劳动条件大为改善。德国已经制造了若干条120000kN的热模锻压力机自动生产线，供应世界各国。我国也购置—条，对汽车锻件的生产起着良好的作用。又如，冷挤压工艺是—项新兴的工艺，用冷挤压生产的零件表面粗糙度小，尺寸精度高，直径为20一30mm的零件其公差范围可控制在0.015m m以内，因此，所生产的零件不需进行或少量进行切削加工即可使用。大大提高了生产率，并节约了原材料。

    随着冷挤压工艺的发展，各种类型的挤压机应运而生，正在使加工行业产生巨大的变化。再如，在日用品及家用电器生产中，如果不采用高速冲压自动机，产品的成本与质量在国际市场上将失去竞争能力。因此大量制造和使用曲柄压力机，已成为工业先进国家的发展方向之—。

   近年来，曲柄压力机正向着高速度和高精度的方向发展，并努力降低噪音．提高安全性，扩大自动化程度，改善劳动条件。特别是采用微型计算机控制的曲柄压力机，更具有先进的水平。

    例如，行程次数500次／min左右的高速压力机已普遍应用，美国明斯恃(Minster)公司已生产250kN2000次／min的超高速压力机。美国国民(National)公司发展了新系列的高速冷墩机，M12四工位螺母冷墩机生产率为每分钟250件。

    精密冲裁的压力机己发展到25000 kN，可冲裁的最大板厚已达25mm，加工的零件周边的表面粗糙度很小，尺寸精度很高，冲切面的垂直度可达89°30’。

    挤压机己发展到50000kN，多工位挤压机已发展到45000kN，机器精度不断提高，刚度已达到同规格的通用压力机的2—3倍。

    1982年在日本大阪国际机床展览会上展出了55台锻压设备，其中采用数控的占34．5％，可以人机对话，编成十分方便。日本会田公司制造的2000KN“冲压中心”，采用微型计算机控制，自动换模、换料和调整工艺参数，全部时间只需5min。德国奥穆科（Eumuco）公司近年来制造的热模锻压力机和平锻机，都已采用微机巡回检测各轴承的温度，显示工艺力，对压力机的安全运转起着重要作用。

   国际标准化组织（ISO）规定，在85—90dB的连续噪音下，工作时间不能超过8h, 而美国和瑞士规定为85dB。现在德国舒勒（Sehuler）公司制造的开式压力机已为75dB。还有一些公司正在研制低噪音（75dB）的折弯机和冷墩自动机。

    我国解放以前，曲柄压力机的生产非常落后，只能制造一些手动冲床。解放以后才有了飞速的发展，到目前为止，我们已经制造了80000kN的热模锻压力机，40000kN的双点压力机以及其他各种型号的压力机。近年来，由于自行研究和引进技术，研制水平达到了一个新的高度。我国的汽车制造厂，电机电器制造厂以及有关的工厂都装备着不少新型的曲柄锻压机械。但是，与工业先进的国家比较，我们的曲柄压力机制造业仍属落后，主要表现在质量不高，性能不好和品种不全等方面，特别缺乏大型高效的设备。因此，必需大力发展曲柄压力机，以满足现代的需要。

1.4 通用曲柄压力机的型号和技术参数

1.4.1 曲柄压力机的型号

     按照JB／GQ2003—84型谱，曲柄压力机的型号用汉语拼音字母、英文字母和数字表

示，例如JA31—l 60B型号的意义是：

图1-3 机床型号

    现将型号的表示方法叙述如下：

第一个字母为类代号，代表八类锻压设备中某类设备。在八类锻压设备中，与曲柄压力机有关的有五类。机械压力机用拼音字母J表示，线材成形自动机、锻机、剪切机和弯曲校正分别用Z、D、Q和W表示。

第二个字母代表同一型号产品的变型顺序号，凡主参数与基本型号相同，但其他某些基本参数与基本型号不同的，称为变型，用字母A、B、C……表示第一、第二、第三……种变型产品。

第三、四个数字为组、型代号。在型谱中，每类锻压设备分为10组，每组分为10型。第一个数字代表“组”，第二个代表“型”。“31”在型谱中查得为“闭式单点压力机”。

横线后面的数字代表主参数。一般用压力机的公称压力(见下面叙述)作为主参数。型谱中的公称压力用工程单位制的“吨”表示，故转化为法定单位制的“千牛”时，应把此数字乘以10。例如此处160代表160 t，乘以10即为1600kN。

    最后一个字母代表产品的重大改进顺序号，凡型号已确定的锻压机械，若结构和性能上与原产品有显著不同，则称为改进，用字母A、B、C代表第一、第二、第三……次改进。有些锻压设备，紧接组、型代号的后面还有一个字母，代表设备的通用特性，如字母K代表数控，G代表高速等。

表1-1  通用压力机型号

1.4.2 通用曲柄压力机的技术参数

    曲柄压力机的技术参数反映了压力机的工艺能力、加工零件的尺寸范围以及有关生产率等指标，现分述如—下：

1) 公称压力P，及公称压力行程S

    曲柄压力机的公称压力(或称额定压力)是指滑块离下死点前某一特定距离(此特定距离称为公称压力行程或额定压力行程)或曲柄旋转到离下死点前某一特定角度(此特定角度称为公称压力角或额定压力角)时，滑块所容许承受的最大作用力。例如630、1000、1600、2500、3150、4000、6300kN……。这个系列是从生产实践中归纳整理后制订的，既能满足生产需要，又不致使曲柄压力机的规格过多，绘制造带来困难。当然专为实现某工艺的压力机也可以按实际需要的工艺力来确定公称压力。在型谱中，通用压力机一般以公称压力作为主参数，其他技术参数称为基本参数。

2) 滑块行程S

    它是指滑块从上死点到下死点所经过的距离。它的大小将反映压力机的工作范围。行程较长，则能生产高度较高的零件，通用性较大。但压力机的曲柄尺寸要加大，随之而来的是齿轮模数和离合器尺才均要增大，压力机造价增加。而且模具的导柱导套可能脱离，影响工件精度和模具寿命。此外，滑块的速度也要加大。所以，应该适当选择行程长度。

3) 滑块行程次数n

    它是指滑块每分钟从上死点到下死点，然后再回到上死点所往复的次数。行程次数越高，生产率越高，但次数超过一定数值以后，必需配备机械化自动化送料装置，否则不可能实现高生产率。行程次数提高以后，机器的振动和噪音也将增加。现代的压力机，有提高行程次数的趋势。

4) 最大装模高度H,及装模高度调节量△H；

    装模高度是指滑块在下死点时，滑块下定向到工作台板上表面的距离。当装模高度调节装置将滑块调整到最上位置时，装模高度达最大值，称为最大装模高度。上下模的闭合高度应小于压力机的最大装模高度。装模高度调节装置所能调节的距离，称为装模高度调节量。与装模高度并行的标准尚有封闭高度。所谓封闭高度是指滑块在下死点时，滑块下表面到工作台上表面的距离。它和装模高度之差恰是工作台板的厚度。装模高度及其调节量必需适当，增大其数值固然能安装闭合高度较大的模具，适应性较大，但若安装高度较小的模具时，则需增添附加垫板，给工作带来不便。而且，压力机的高度也相应增加。

5) 工作台板及滑块底面尺寸

    它是指压力机工作中间的平面尺寸。它的大小直接影响所安装的模具的平面尺寸以及压力机平面轮廓的大小。

2 机身结构的设计

    机身是压力机的一个基本部件。所有零部件都装在机身上面。工作时要承受全部工作变形力(某些下传动压力机除外)。因此机身的合理设计对减轻压力机重量，提高压力机刚度，以及减少制造工时，都具有直接的影响。

2.1 机身类型

    机身分为两大类型即开式机身和闭式机身。前者三面敞开，操作方便，但刚度较差，适用于中小型压力机；后者两侧封闭，刚度较好但操作不如开式的方便，适用于中大型压力机以及某些精度要求较高的小型压力机。

    开式机身常见类型如图2-l所示。按机身背部有无开口可分为双柱机身(如图中a)和单柱机身(如图中b、c)。按机身是否可以倾斜分为可倾机身(如图中a)和不可倾机身(如图中b、c)。按机身的工作台是否可以移动分为固定台(如图中b)和活动台(如图中c)。此外尚分柱形台、转动台等。不同的机身型式有不同的用途，双柱可倾机身便于从机身背部卸料，有利于冲压工作的机械化与自动化。活动台机身可以在较大范围内改变压力机的装模高度，适用工艺范围较广。单柱固定台机身一般用于公称压力较大的开式压力机。

               （a）                            （b）                        （c）

图2-1 开式机身类型

(a) 双柱可倾机身   (b)单柱固定台机身   (c)单柱活动台机身

    闭式机身常见类型如图2—2所示。整体闭式机身加工装配工作量较少；但需要大型加工设备，运输也较困难。组合闭式机身(如图中所示)是由上梁、立柱、底座和拉紧螺栓组而成，因此，加工运输比较方便，在大中型压力机里此种机身应用较多。

图2-2 组合式机身

2.2 机身结构设计

2.2.1 机身设计

    机身作为压力机的主要零件，大部分零部件都安装固定在上面。机身由全钢焊接的上横梁、底座和立柱组成，通过四根拉杆螺栓预紧形成整体框架。三件间通过定位套定位。此三件为压力机的主受力件，采用全钢焊接，并进行消除内应力处理，具有高的强度和刚度。同时用数控机床进行加工，保证高的加工精度。

    机身结构设计应满足下列要求：

(1)机身在满足强度、刚度的条件下，力求重量轻、节约金属。

(2)结构力求简单，并便装于其上的所有部件、零件容易安装、调整、修理和更换。

(3)结构设计应便于铸造或烽接和机加工。

(4)必须有足够的底面积，保证压力机的稳定性。

(5)结构设计应力求减少振动和噪音。

(6)结构设计力求外形美观。

    机身结构分为铸造结构和焊接结构两种。铸造结构使用材料有HT20—40铸铁、QT42—10球铁和ZG35铸钢等。焊接结构使用材料多为钢板，也有用16Mn钢板。铸造结构的材料比较容易供应，消震性能较好。但重量较重，刚度较差。目前，较适合于成批生产。焊接结构与之相反，重量较轻，刚度较好，外形比较美观，但消震性能较差。当前我国钢板材料供应不足，焊接技术和工艺装备有待于进一步提高与充实，因此，只适合于单件小批生产。对于采用铸造还是焊接结构，须视各厂具体条件而定。随着工业的发展，焊接结构必然将更广泛采用。

    铸造结构尽量使壁厚不要有突然变化，适当加大过渡圆角，减少应力集中。结构设计需使铸造和加工方便。焊接结构尽量设计成具有对称性的截面相对称性的焊缝位置，以减少焊接变形，特别是扭曲变形。要合理布置筋板，数量不宜过多。焊缝应尽量远离应力集中区域，尽量避免用焊缝直接承受主要工作载荷。焊缝避免交叉与聚集，并考虑焊接施工方便。

    总结以上叙述，以及参考JH36-400机械压力机的机身设计，确定了以焊接结构作为此次机身设计的基础结构。具体的材料和机身各部分的尺寸，可查看具体的零件图。